Способ регулирования теплового режима шахт

-03 я евера ои те Север ТЕПЛ подачу енную, мпературы породОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СЗ(71) Институт горного делаЯкутского филиала СО АН ССС(56) Дядькин Ю.Д, Основы голофизики для шахт и рудникоМ.: Недра, 1968, с. 197-199Там же, с. 211-213.(54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНВОГО РЕЖИМА ШАХТ включающиинаружного воздуха в теплообмвыработку и изменение его тры до естественной температ,ЯО 1201 ного массива, о т л и ч а ю щ и и стем, что, с целью повь 1 шения эффективности регулирования теплового режимашахт путем активизации теплообменашахтного воздуха с глубокими слоямипородного массива, проходят системутеплоаккумулирующиш выработок, сбитйшмежду собой и примыкающих к теплообменной выработке, и осуществляют перераспределение наружного воздухапо указанным выработкам, при этом в .теплоаккумулирующих выработках проходят траншеи, в дне которых бурят сообщающиеся между собой скважины, причем траншеи и скважины заполняют нагретым водным раствором соли,,12Изобретение относится к горной промьцдленности и может быть использовано при кондиционировании рудничного воздуха в шахтах и рудниках,расположенных в области многолетней мерэлоты.Цель изобретения - повышение эффективности регулирования теплового режима шахт путем активизации тепло- обмена шахтного воздуха с глубокими слоями породного массива.На фиг.1 изображена схема, иллю" стрирующая способ регулирования теплового режима шахт на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1.На схеме показаны теплообменная выработка 1, теплоаккумулирующие выработки 2, сбойки 3, теплоноситель 4, а также скважины 5 и 6, сообщающиеся между собой,Способ осуществляют следующим образом.Проходят теплообменную выработку и сеть теплоаккумулирующих выработок. Теплообменную выработку соединяют с началом основного вентиляционного пути шахты, а сеть теплоаккумулирующих выработок - с теплообменной, В почве выработок проходят траншеи и бурят циркуляционные скважины. Траншеи и скважины заполняют водным раствором хлористого натрия или хлористого кальция концентрацией 0,118,7 Х.Для приготовления раствора на по-. верхности шахты сооружают соляной солнечный бассейн, в котором нагреовают раствор до 35-40 С. По мере нагревания раствора его закачивают с помощью насоса в горные выработки и заполняют траншеи и скважины. Таким образом осуществляют аккумулирование тепла в горных выработках.С наступлением холодного периода года наружный воздух пропускают по теппообменной выработке. По мере по. нижения температуры атмосферного воздуха часть его направляют в теплоаккумулирующие выработки и с помощью вентиляционных устройств распределяют по сети этих выработок.В наиболее холодные месяцы для интенсификации теплообмена в системе шахтный воздух - раствор - горные породы включают циркуляционные насосы и насосы для распыпения растворанавстречу шахтному воздуху.На выходе из теплообменной выра:ботки смешивают воздух, проходящий 01518 2по теплообменной выработке, с воздухом, выходящим из сети теплоаккумулирующих выработок, и таким образомполучают необходимую температуру воздуха, поступающего в вентиляционнуюсеть шахты.Способ регулирования тепловогорежима шахт позволяет в десятки разсократить вентиляционный путь для основного количества подогреваемоговоздуха, Это достигается в результате того, что теплообменная выработка1, по которой проходит основное количество воздуха и происходит егоподогрев, проводится небольшой длины (в пределах 200 м), а основнаямасса теплоносителя 4 размещается втеплоаккумулирующих выработках 2 (камерах, естественных или искусственных полостях), сообщающихся междусобой и примыкающих к теплообменнойвыработке под любым углом. Теплоаккумулирующие выработки 2 и сбойки 3пересекают оконтуриваемое ими полетак, что на его площади размещаетсярасчетное количество теплоносителя,,а образующиеся при этом целики обеспечивают нормальные условия поддержания самих выработок.Длина теплоаккумулирующих выработок, заполненных раствором, по сравнению с выработками, аккумулирующимнтепло только в породах, окружающихих, сокращается вследствие того, чтотеплоаккумулирующая способность раствора примерно в 4 раза выше, чем угорных пород (табл.1), и в активныйтеплообмен вовлекают глубокие слоипородного массива с помощью скважини создания условий для циркуляции поним раствора (надежная фильтрациямежду скважинами, взаимосвязь междупараметрами скважин и схемами их соединения).В теплоаккумулирующих выработках исбойках между ними устанавливают вентиляционные устройства, с помощью которых зти выработки включаются частично или полностью в теплообменс наружным воздухом, количество которого регулируется также с помощьюэтих устройств. Тепловой режим в теплообменной выработке 1 формируется врезультате смешивания наружного воздуха с воздухом, выходящим из теплоаккумулирующих выработок.С наступлением более холодных месяцев, если повьшение температурывоздуха в теплоаккумулирующих выработках путем естественного теплообмена между воздухом и раствором недостаточно, включают устройство для распыления раствора навстречу воздуш- . ному потоку. Устройство состоит из насоса, трубопроводов, вентилей и форсунок, факелы разбрызганного раствора которыми перекрывают все сечение выработки, в которых они,установлены. Интенсивность теплообмена меж О ду воздухом и раствором регулируют, изменяя как количество распыляемого раствора, так и его температуру пере-, мещением всасывающего патрубка насоса по глубине траншеи. 15Скважины группируют в автономные замкнутые системы, состоящие из центральной скважины 6, которая сообщается со скважинами 5, расположенными вокруг нее на расстоянии 1/4 ширины 2 б траншеи, равной ширине выработки или меньшей ее на 0,5 м. Глубина траншей 1-2 м, а расстояние между центральными скважинами равно 1/2 ширины траншеи. Суммарная площадь сечений пери ферийных скважин должна быть равнойплощади сечения центральной, чтобы скорости циркуляции раствора были равными. Глубина скважин ограничивается экономической и технической целесообразностью.Между периферийными и центральной скважинами создается прямая связь или зона фильтрации с помощью взрыва или наклонным бурением периферийных скважин.. 35В центральной скважине раствор . более интенсивно охлаждается, увеличивая свою плотность, чем в периферийных, вследствие того, что к рав-, ному количеству раствора тепло горных пород, окружающих центральную скважину, передается через меньшую поверхность (например, при шести скважинах в 2,4, а при восьми в 3,5 раза).Таким образом создаются условия для цнркуляции раствора пб скважинам, а следовательно, и выноса тепла породного массива на поверхность, в охлаждающийся раствор.Эффективность способа обусловлена правильным выбором концентрации раствора. Поверхность растворов слабой концентрации, аналогично пресной воде, замерзает прежде, чем они от дадут свое тепло. При высокой концентрации породный массив, окружающий раствор, и сам раствор охлаждаются ниже расчетной температуры, но при этом не происходит отдачи основного количества тепла, т,е, скрытой теплоты замерзания раствора. Для наиболее полного использования тепла раствора и породного массива необходимо, чтобы температура замерзания раствора Сз быпа ниже естественной температуры породного массива п и выше или равна температуре подогрева шахтного воздуха й , т.е. С сНагрОптимальное соотношение между количеством раствора и объемом породного массива, вовлекаемого для подогрева шахтного воздуха, должно определяться исходя из конкретных природно-климатических и горно-технических условий каждого предприятия. Предлагаемая система кондиционирования шахтного воздуха является в. какой-то мере самонастраивающейся, т.е. чем больше температура холодного воздуха отличается от температуры раствора, тем интенсивнее конвективный и радиационный теплообмены между ними. При контакте. раствора и воздуха происходит насьпцение воздуха водяными парами при его нагревании и, следовательно, усвоение воздухом скрытой теплоты испарения насыщающих его паров. В то же время применение. жидкого теплоносителя позволяет активно управлять процессом теплообмена (даже в автоматическом режиме): распылять с помощью насоса и форсунок раствор навстречу воздушному по-току, создавать циркуляцию в скважинах и тем самым извлекать тепло из породного массива, распределять воздух по теплоаккумулирующим выработкам, подогревать раствор в технически и экономически целесообразные отрезки времени с помощью различных источников энергии.Летом для подогрева раствора до температуры превращения могут быть использованы энергия солнца и вто- ричные энергетические ресурсы (ВЭР) - тепловые отходы промьппленности (тепло воды принудительного охлажления местных электростанций, тепло отработанного пара или горячей воды котельных и др.).В зимнее время, помимо ВЭР, в ряде случаев целесорбразноиспользова. - ние пара, горячей воды, электроэнергии для подогрева шахтного воздухаСвойства теплоаккумулирующих веществ Теплоаккумулирующая способность фс а С+г),Ди/ з Плот- ность Удельная тепТемпера- Контурный цент- перепад рация ДС, К Р, % Скрытая теплота плавления,г кДж/кг лоемкость СкДж/(кг.К)Раствор хлористого кальция 3,40 406112 213 308-264 13,7 1120 Песчаник 92400 0,84 2500 308-264 П р и м е ч а н и е. Температуру превращения хлористого кальция (292-382 К) принимают 308 К. Температуру замерзания раствора 264 К принимают равной температуре подогрева шахтного воздуха, что позволяет сравнивать предлагаемый способ регулирования теплового режима с известным,Заказ 7979/33 Тираж 445 Подписи Н илиал ППП "Па нт , г.Ужгород, ул.Проектная, 4.5 12015 и аккумулирования тепла в теплоаккумулирующих выработках, особенно в нерабочие дни и в ночное время, когда нагрузки на электростанции и котельные резко снижаются. В результате уменьшение количества аккумулируемого теплоносителя повьппает эффективность предлагаемого способа кондиционирования шахтного воздуха. Аккумулирование теплоты в течение 1 О суток или недели и более длительного времени очень сложный и дорогостоящий процесс, и поэтому поддержание температуры теплоносителя в заданных пределах даже с помощью пер 18 бвичных источников энергии экономически оправданоВыданный на поверхность охлажденный за зиму раствор можно нагреть в соляном солнечном бассейне, особенность которого заключается в том, что поверхностные слои раствора игра. ют роль тепловой изоляции для придон. ного слоя, температура которого при глубине водоема 0,8 м повьппается до 90-100.С и незначительно остываетов ночное время. Это обстоятельство позволяет по мере нагрева раствора до заданной температуры закачивать его в теплоаккумулирующие выработки.